CN108531810A - 一种超高强钢热轧基板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超高强钢热轧基板及其制备方法，本发明所设计的超高强钢基板对化学成分、板形等有严格的要求，因此从成分设计、冶炼、轧制和开平四个关键环节从严控制。第一，采用适当的C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Cr、Ni、Cu、Nb、B含量控制；第二，设计热连轧轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得较为均匀的铁素体+细珠光体+少量贝氏体的复相组织，同时控制热轧板卷的尺寸精度、表面质量和板形；第三，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来提高韧性；第四，采用LF+RH双联工艺，严格控制钢中的H含量。第五，采用电磁搅拌和轻压下工艺严格控制钢坯的内部质量。

Description

一种超高强钢热轧基板及其制备方法
技术领域
本发明属于低合金控轧控冷钢领域，具体涉及一种超高强钢热轧基板及其制备方法。
背景技术
随着技术的发展，轻量化需求要求钢板强度越来高，厚度也越来越薄，市场上出现6mm、 5mm、4mm甚至3mm厚度的超高强钢钢板。
现行的960MPa以上超高强钢，一般采用采用炉卷轧机或者宽厚板轧机进行轧制热轧基板，然后进行离线淬火+回火处理。由于采用单张轧制或者炉卷轧机生产，厚度精度不高(如GB/T709中对5～8mm厚，宽度1500mm～2000mm的单张轧制钢板N类规定-0.6mm～+0.6mm)，难以生产厚度在6mm以下的超高强钢基板，合格率非常低。
基板的不平度是影响热处理后板材的合格率的重要因素，基板不平度过高可能造成无法入炉或者在炉内扣头，严重时需停炉处理。对于强度在960MPa及以上的超高强钢板，为了满足强度的要求，除了常规的C、Si、Mn等元素，一般还需添加大量的Mo、V、Cr、Ni、 Cu、Nb、B等淬透性元素，随着板厚的减薄，热轧基板板形受温度的影响增加，宽厚板轧机和炉卷轧机生产的薄规格基板头尾板形不平度可达20mm/m以上。
随着冶金技术的进步、焊接技术和微合金化钢的发展，以及国家能源和环保政策的需要，更薄的超高强钢钢需求逐年增加，如汽车起重机采用4、5mm厚度的1100MPa级别的超高强钢来制造吊臂，使得减重效果大大增加。但是目前炉卷轧机和宽厚板轧机不具备该类超高强钢基板的生产能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高强钢热轧基板，设计C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Cr、Ni、Cu、Nb、B等元素，进行钙处理，钙含量要求10～50ppm。
本发明还提供了一种超高强钢热轧基板的制备方法，通过合理的热连轧生产工艺，在热连轧生产线上生产出厚度在3～25mm的规格的960MPa及以上超高强钢用热轧基板，同时采用合理的横切开平工艺，得到具有良好的板形的热处理用热轧基板，降低薄规格热处理超高强钢生产成本，提高综合合格率。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种超高强钢热轧基板，含有以下重量百分比化学成分：
碳0.10～0.30％、硅：≤0.40％、锰：0.60～1.60％、磷：≤0.015％、硫：≤0.0015％、铌： 0.010～0.050％、铬：0.010～0.50％、钼：0.010～0.90％、钒：0.010％～0.10％、钛：0.010～0.040％、铝：0.015～0.040％、镍：0.0025～0.40％、铜：0.0025～0.40％、钙：0.0010～0.0050％、硼： 0.0010～0.0030％，氮：≤0.006％、氧：≤0.004％、氢：≤0.00020％、余量为铁和不可避免的杂质。
本发明提供的上述超高强钢热轧基板的制备方法，步骤为：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)LF精炼；
5)RH精炼；
6)连铸；
7)堆垛缓冷；
8)热轧；
9)横切开平；
10)热轧基板成品。
步骤1)所述铁水预处理，S≤0.002％，包括前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85％。
步骤2)所述转炉冶炼，采用自循环废钢，P≤0.013％，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620～1635。
步骤4)所述LF精炼具体为：S≤0.0010％，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原，调整C、 Si、Mn、Mo、V、Cr、Ni和Nb成分至目标值。
步骤5)所述RH精炼具体为：处理前需洗槽，调整[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，确保破空前[H]含量小于1.5ppm，破空后喂钙线，钙含量要求10～50ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min。
步骤6)所述连铸具体为：控制钢水过热度15～25℃，投用动态轻压下和电磁搅拌。
进一步的，连铸坯中心偏析控制在C类1.0级以下。
步骤7)所述堆垛缓冷具体为：对铸坯进行缓冷扩氢处理，缓冷温度为500～700℃，缓冷时间不小于48小时。
步骤8)所述热轧具体为：采用两机架可逆轧机粗轧，再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取。
进一步的，在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，具体流程：1230～1260℃加热－1150～1180℃粗轧开轧－1070℃～950℃精轧开轧－950℃～840℃精轧终轧－780℃～ 600℃终止冷却并卷取。
进一步的，典型压下率：粗轧6道次：230，204，165，130，96.8，67，40.7mm；精轧 7道次:40.7，29，19，12.5，8.5，6.8，5.8，5.0mm。
进一步的，精轧前中间坯开启保温罩进行保温。
进一步的，F1～F7机架间冷却水、侧喷水全关。
进一步的，热连轧冷却方式：冷却水全关，侧喷水全部关闭。
步骤9)所述横切开平具体方式为：
采用1粗矫+2精矫的横切线；
进一步的，粗矫用于大压下，大变形，消除横向拱起。
进一步的，精矫用于完成曲率统一，消除残余应力，同时在钢板进行冷矫直时在1#精矫和2#精矫间形成张力控制，同时对于3～9mm的钢板精矫矫直辊径≤100mm有利于矫直，开平后横切板的不平度≤3mm/m。
本发明制备的热轧基板组织板宽方向热轧金相组织为70％铁素体+20％珠光体+10％贝氏体。
本发明所设计的超高强钢基板对化学成分、板形等有严格的要求，因此从成分设计、冶炼、轧制和开平四个关键环节从严控制。第一，采用适当的C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Cr、Ni、Cu、Nb、B含量控制；第二，设计热连轧轧制、冷却工艺，综合微合金化、固溶强化和组织强化等方法，获得较为均匀的铁素体+细珠光体+少量贝氏体的复相组织，同时控制热轧板卷的尺寸精度、表面质量和板形；第三，通过超纯净冶炼最大限度降低S和P的含量，减少硫化锰夹杂来提高韧性；第四，采用LF+RH双联工艺，严格控制钢中的H含量。第五，采用电磁搅拌和轻压下工艺严格控制钢坯的内部质量。
本发明采用适当的C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Cr、Ni、Cu、Nb、B等元素。进行钙处理，钙含量要求10～35ppm。采用进行控氢和扩氢处理，保证钢中不出现白点。钢的碳硅锰含量控制在适当的范围，进行适当的铌钛铬硼微合金化处理，热连轧后得到的铁素体+贝氏体+珠光体组织，均匀性较好，热处理后得到均匀的回火马氏体组织，强度和耐磨性好。采用电磁搅拌和轻压下等连铸生产工艺，保证连铸坯中心偏析C类≤1.0。充分发挥热连轧机组突出的控制轧制和控制冷却能力来提高材料板形、生产效率和成材率。采用热连轧+横切开平生产的方式，热轧基板的厚度精度达到了宽厚板和炉卷轧机所不能满足的厚度精度(如5～8mm厚，宽度1500mm～2000mm的厚度精度可达-0.2mm～+0.2mm)，采用热连轧的生产方式提高了薄规格热轧基板的生产效率2倍以上。同时采取合理有效的工艺设计降低了热轧基板开平板的不平度，3～9mm厚度尤为明显，在该厚度范围内的超高强基板不平度≤3mm/m，板形合格率提高了25％以上。生产的热轧板卷最薄可达3.0mm，最厚规格可达25mm，满足车厢、吊臂、军工桥梁等轻量化需求。热连轧板卷采用特别的横切线开平工艺，整卷开平后不平度≤3mm/m的热轧板合格率在95％以上。
本发明热连轧TMCP工艺制度的依据是：
钢板的板形问题尤其是超高强钢的板形问题一般是不合理的冷却制度造成钢板在不同方向冷却不均引起的。超高强钢的强度是依靠添加大量的淬透性元素，通过钢板离线淬火+低/ 高温回火的形式，分别得到马氏体+残余奥氏体和均匀细小的回火，温度对其组织的形成非常重要。因此在热轧过程中通过对温度的控制实现对热轧板的组织均匀性控制，进而实现均匀的板形控制至关重要。为获得强度和韧性的合理匹配，充分发挥七机架热连轧机组的轧制和冷却能力，采用控制轧制和保温减水的方式生产，主要的控制方向是控制热连轧过程中铸坯，中间坯、钢带的纵向温度均匀性，宽度方向和厚度方向的均匀性，热轧板的最终组织以得到均匀的铁素体+珠光体组织为最终目的，避免马氏体组织的出现。本发明要求加热炉的出钢温度不低于1230℃，控制铸坯的头尾温差不超过20℃，粗轧尽可能减少除鳞水开启以减少中间坯降温，开启精轧前保温罩提高中间坯板宽、长度和厚度方向上温度的均匀性，机架间冷却水和侧喷水会造成宽度方向上的温度不均匀，由于重力的作用上表的残留水会将钢带中部在层流辊道运动的过程中进行淬火相变产生马氏体，进而在同一板宽位置边部和中间，上表和下表产生不同的收缩量，产生双边浪，纵向力学性能也相差较大；层流辊道上的冷却水和侧喷水的开启会进一步造成钢板起浪；同时由于马氏体等硬相组织的出现，钢板的强度超出了冷矫直机的矫直能力，开启冷却水和侧喷水的超高强钢热轧基板板面浪形不能被冷矫直。
与现有技术相比，本发明制备的超高强钢热轧基板组织均匀，主要为铁素体+珠光体。在满足用户要求和成本上有明显优势。如：高尺寸精度：本发明厚度精度可达±0.20mm；较好的表面质量：本发明经过多道次除鳞，高压缩比；更薄的规格：本发明可生产3mm～9mm厚度规格，板形好；更高的合格率：本发明合格率相对与宽厚板轧机和炉卷轧机生产的薄规格基板可提高25％以上；热连轧钢卷全卷横切开平后不平度≤3mm/m。成材率达到96％以上，综合合格率达到95％以上；生产效率高：本发明平均生产时间可达10吨/min。本发明提供的技术方案可有效的应对市场对薄规格超高强钢需求日益增长。
附图说明
图1为本发明板宽边部方向的热轧金相组织；
图2为本发明板宽1/4处方向的热轧金相组织；
图3为本发明板宽1/2处方向的热轧金相组织。
图4为本发明热轧生产过程中板带宽度方向温度均匀分布情况(热成像仪图片)。
具体实施方式
实施例1
一种超高强钢热轧基板，含有以下重量百分比化学成分：
碳0.163％、硅0.28％、锰1.22％、磷0.005％、硫0.007％、铌0.023％、钛：0.015％、铝0.034％、钼0.56％、钒0.04％、镍0.06％、铬0.35％、铜：0.03％、钙：0.0010～0.0050％、硼：0.0016％，氮：0.003％、氧：0.0006％、氢：0.00016％、余量为铁和不可避免的杂质。
经300吨转炉冶炼，经过钢包吹氩、LF炉精炼、连铸，再加热后，进入两机架R1和R2粗轧，再经7机架2250连轧机组生产线进行热机械控轧，热轧厚度规格5mm。
上述超高强钢热轧基板的制备方法，步骤为：
1)铁水预处理：S：0.0015％，包括前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85％。
2)转炉冶炼：采用自循环废钢，P：0.013％，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620～1635。
3)合金微调站；
4)LF精炼：S：0.008％，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原，调整C、Si、Mn、Mo、 V、Cr、Ni和Nb成分至目标值。
5)RH精炼：处理前需洗槽，调整[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，破空前[H]含量1.3ppm，破空后喂钙线，钙含量20ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min。
6)连铸；控制钢水过热度20℃，投用动态轻压下和电磁搅拌。连铸坯中心偏析控制在C 类1.0级以下。
7)堆垛缓冷：对铸坯进行缓冷扩氢处理，缓冷温度为600℃，缓冷时间不小于48小时。
8)热轧：采用两机架可逆轧机粗轧，再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取。在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，具体流程：1250℃加热－1170℃粗轧开轧－996℃精轧开轧－880℃精轧终轧－750℃终止冷却并卷取。典型压下率5mm，粗轧6 道次：230，204，165，130，96.8，67，40.7mm。精轧7道次:40.7，29，19，12.5，8.5， 6.8，5.8，5.0mm。精轧前中间坯开启保温罩进行保温。F1～F7机架间冷却水、侧喷水全关。热连轧冷却方式：冷却水全关，侧喷水全部关闭。
9)横切开平：采用1粗矫+2精矫的横切线；粗矫用于大压下，大变形，消除横向拱起。精矫用于完成曲率统一，消除残余应力，同时在钢板进行冷矫直时在1#精矫和2#精矫间形成张力控制，同时对于3～9mm的钢板精矫矫直辊径≤100mm有利于矫直，开平后横切板的不平度≤3mm/m。
10)热轧基板成品。
制备的热轧基板组织板宽方向热轧金相组织为70％铁素体+20％珠光体+10％贝氏体。
实施例2-4，化学成分见表1，TMCP工艺制度见表2，其余同实施1。沿板宽方向纵向力学性能见表3，热卷开平后头中尾不同位置开平板不平度测量值见表4。
表1实施例1-2钢的化学成分(％)，余量为Fe和不可避免的杂质
实施例 C Si Mn P S Alt Cr Nb Mo
1 0.163 0.28 1.22 0.005 0.0007 0.034 0.35 0.023 0.56
2 0.165 0.25 1.25 0.007 0.0008 0.036 0.33 0.02 0.6
3 0.163 0.25 1.23 0.008 0.0008 0.035 0.35 0.021 0.61
4 0.168 0.27 1.26 0.009 0.0009 0.037 0.34 0.024 0.62
实施例 V Ni B Cu Ti N O H Ca
1 0.04 0.06 0.0016 0.016 0.021 0.003 0.0007 0.00016 0.0020
2 0.04 0.06 0.0015 0.016 0.022 0.0028 0.0008 0.00017 0.0015
3 0.05 0.07 0.0016 0.016 0.023 0.0028 0.0009 0.00017 0.0020
4 0.04 0.08 0.0017 0.016 0.022 0.0031 0.0007 0.00016 0.0015
表2.TMCP工艺制度和热处理工艺制度
表3热轧基板板纵向力学性能(沿板宽方向间隔取样)
从图3可以看出，板宽方向上强度延伸率波动很小。
表4 4mm厚度热卷横切开平后板不平度测量值(定尺长度10000mm)
表4可以看出板形不平度通卷都很小，方便后面的淬火后提升合格率。图4板面温度均匀可以体现热轧基板板形好。

Claims (10)

1.一种超高强钢热轧基板，其特征在于，所述超高强钢热轧基板含有以下重量百分比化学成分：
碳0.10～0.30％、硅：≤0.40％、锰：0.60～1.60％、磷：≤0.015％、硫：≤0.0015％、铌：0.010～0.050％、铬：0.010～0.50％、钼：0.010～0.90％、钒：0.010％～0.10％、钛：0.010～0.040％、铝：0.015～0.040％、镍：0.0025～0.40％、铜：0.0025～0.40％、钙：0.0010～0.0050％、硼：0.0010～0.0030％，氮：≤0.006％、氧：≤0.004％、氢：≤0.00020％、余量为铁和不可避免的杂质。
2.一种权利要求1所述的超高强钢热轧基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤为：
1)铁水预处理；
2)转炉冶炼；
3)合金微调站；
4)LF精炼；
5)RH精炼；
6)连铸；
7)堆垛缓冷；
8)热轧；
9)横切开平；
10)热轧基板成品；
其特征在于，步骤8)所述热轧具体为：采用两机架可逆轧机粗轧，再进行7机架热连轧，最后进行轧制后层流冷却、卷取；在奥氏体再结晶区和未再结晶区多道次控制轧制，具体流程：1230～1260℃加热－1150～1180℃粗轧开轧－1070℃～950℃精轧开轧－950℃～840℃精轧终轧－780℃～600℃终止冷却并卷取。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述铁水预处理，S≤0.002％，包括前扒渣和后扒渣，后扒渣亮面大于85％。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述转炉冶炼，采用自循环废钢，P≤0.013％，加强出钢挡渣操作，下渣量≤4kg/t；过程控制模型，终点炉温1620～1635。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)所述LF精炼具体为：S≤0.0010％，白渣操作，保证钢包顶渣充分还原，调整C、Si、Mn、Mo、V、Cr、Ni和Nb成分至目标值；喂钙线。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤5)所述RH精炼具体为：处理前需洗槽，调整[B]、[Al]至目标值；同时微调其它成分至目标值，保证深脱气时间不小于12min，确保破空前[H]含量小于1.5ppm，破空后喂钙线，钙含量要求10～50ppm，保证喂钙线前后总弱搅时间不小于12min。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤6)所述连铸具体为：控制钢水过热度15～25℃，投用动态轻压下和电磁搅拌。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，典型压下率：粗轧6道次：230，204，165，130，96.8，67，40.7mm；精轧7道次:40.7，29，19，12.5，8.5，6.8，5.8，5.0mm。
9.根据权利要求2或7所述的制备方法，其特征在于，步骤9)所述横切开平具体方式为：采用1粗矫+2精矫的横切线。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，粗矫用于大压下，大变形，消除横向拱起；精矫用于完成曲率统一，消除残余应力，同时在钢板进行冷矫直时在1#精矫和2#精矫间形成张力控制，同时对于3～9mm的钢板精矫矫直辊径≤100mm有利于矫直，开平后横切板的不平度≤3mm/m。
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